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35KV31500kVA變壓器耐壓測試儀

ZSBP-44kVA/22kV變頻串聯諧振試驗裝置技術指標

1．額定電壓：

22kV---滿足10kV電纜的交流耐壓試驗；工作頻率：30-300Hz,試驗電壓≤22kV,試驗時間5min；

2．輸出電壓波形畸變率：<1.0％

3.允許連續工作時間：額定條件下一次性工作60分鐘；

4．裝置自身品質因數：Q>50

5. GIS，開關等試驗滿負荷時品質因數：Q>20（與負載相關）

6．輸入電源：三相380V或單相220V

7．頻率調節范圍：30Hz～300Hz

8．系統測量精度：1.5％

9．裝置具有過壓、過流、零位啟動等保護功能

三、設備遵循標準

《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》 GB50150-2016

《電力設備預防性試驗規程》 DL/T596-1996

《高壓諧振試驗裝置》 DL/T 849.6—2004

《電抗器》 GB10229.88

《耦合電容器和電容分壓器》 IEC358(1990)

《電力變壓器》　 GB1094.5-2003

《外殼防護等級》 GB1094.1-GB1094.6-96

《高電壓試驗技術》 GB/T16927.1~2-1997　　

四、被試品對象及試驗要求

1、10kV/300mm2電纜長度1km的交流耐壓試驗，電容量≤0.3755uF，試驗頻率30-300Hz，試驗電壓22kV，試驗時間5min。

五、35KV31500kVA變壓器耐壓測試儀裝置主要技術參數及功能

1）額定容量：44kVA；

2）輸入電源：單相220或三相380V電壓，頻率為50Hz；

3）額定電壓：22kV

4）額定電流：2A

5）工作頻率：30-300Hz；

6）裝置輸出波形：正弦波

7）波形畸變率：輸出電壓波形畸變率≤1%；

8）工作時間：額定負載下允許連續5min；過壓1.1倍1分鐘；

9）溫 升：額定負載下連續運行5min后溫升≤65K；

10）品質因素：裝置自身Q≥30(f=45Hz)；

11）保護功能： 對被試品具有過流、過壓及試品閃絡保護(詳見變頻電源部分)；

12）測量精度：系統有效值1.5級；

六、工作環境

環境溫度：－10℃–50℃;

相對濕度：≤90%RH;

海拔高度: ≤1000米；

七、裝置容量確定

裝置容量定為44kVA/22kV，分1節電抗器，電抗器單節為44kVA/22kV/2A，使用電抗器能滿足上述被試品的試驗要求。

八、試驗時設備使用關系列表

九、系統配置及其參數

1. 激勵變壓器JLB-3kVA/1.2kV/0.4kV 1臺

a) 額定容量：3kVA；

b) 輸入電壓：0-400V，單相；

c) 輸出電壓：1.2KV

d) 結 構：干式；

2. 變頻電源HZBP-3kW/220/380V 1臺

a) 額定輸出容量：3kW

b) 工作電源： 220/380±10%V（單/三相），工頻

c) 輸出電壓：0 –400V，單相

d) 額定輸入電流：7.5A

e) 額定輸出電流：7.5A

f) 電壓分辨率： 0.01kV

g) 電壓測量精度：1.5%

h) 頻率調節范圍：30 – 300Hz

i) 頻率調節分辨率：≤0.1Hz

j) 頻率穩定度： 0.1%

k) 運 行 時 間：額定容量下連續60min

l) 額定容量下連續運行60min元器件最高溫度≤65K;

m) 噪 聲 水 平：≤50dB

n) 可實現以下功能：

1）變頻電源的放置為縱向和橫向，特別適合現場操作及觀察；

2）內外部具備特殊減震橡膠支撐腳和保護鋁箱，可有效減緩運輸中的顛簸震動和吊裝時的沖擊。保證了變頻電源的長期穩定性和可靠性；

3）參數顯示：觸摸或外接鼠標大屏幕液晶界面顯示系統可顯示諧振電壓(即試驗前設置的目標電壓)、試驗頻率、測量頻率、低壓電壓、低壓電流、耐壓時間、過壓保護、過流保護、閃絡保護、階段升壓及階段計時、操作模式切換、電容，電感，頻率互換計算、參數查詢等, 還可顯示頻率曲線、電壓曲線等可直觀地判斷當次試驗諧振頻率準確及穩定性；

4）參數設置：大屏幕觸摸液晶彩屏和外接鼠標直接完成各種參數的設置，可對起始頻率、終止頻率、起始電壓、階段升壓和計時、測量分壓器變比、激勵變變比、過壓保護、過流保護、閃絡保護、試驗模式、電容電感頻率互換計算、參數設置提示以及幫助等參數進行設置或選擇；

5）35KV31500kVA變壓器耐壓測試儀試驗模式：觸摸屏和外接鼠標操作，有全自動、半自動、手動三種運行狀態。具備升壓、調諧（含手動、自動）、分段加壓和計時、運行狀態、模式切換、故障提示、電容電感頻率互換計算功能等；

6）保護功能及其信息提示：具備高壓過壓保護、低壓過流、過流保護，以及失諧保護、零位、閃絡保護、緊急停機、欠壓保護等多重保護功能；

7）數據存儲功能：試驗結果保存（手動保存）、打印、上傳、回查等。

① 試驗結果：手動或自動試驗完畢后，在試驗結果界面中可顯示出試驗時的詳細參數，當試驗發生中斷時，可提示中斷狀態?？蓪当４嬖诖鎯ζ髦校摯鎯ζ鳛榉且资Т鎯ζ鳎杀４?0次試驗記錄；

② 數據查詢：可將已保存的試驗結果數據顯示到屏幕上，同時具有USB接口，可將數據輸出打印或利用設備所攜帶打印機打印；（打印機屬客戶自選，若客戶有此需求，須在合同中予以特別寫明）

8）自動穩壓功能：系統根據設定的試驗電壓或手動升壓結果，自動跟蹤并維持穩定的試驗電壓，電壓穩定度可達1.0%；

9）調頻范圍及頻率分辨率均可設定：調頻范圍可設為30～300Hz、45～100Hz、200-300Hz、按需設置，可加快調諧過程；頻率分辨率根據需要，可預設為0.1Hz、0.2Hz、0.5Hz、或1.0Hz，在調諧效率與調諧精準度之間取得優化平衡；

10）頻率調節分為粗調和細調，并可自動尋找試驗諧振點，保證諧振頻率在整個試驗過程中不發生漂移；

3. 高壓電抗器DK-44kVA/22kV 1節

a) 額定容量：44kVA；

b) 額定電壓：22kV；

c) 額定電流：2A；

d) 品質因素：Q≥30 (f=45Hz)；

e) 結 構：干式；

4. 電容分壓器FRC-30kV/3000pF 1套

a) 額定電壓：30kV；

b) 高壓電容量：3000pF

c) 介質損耗：tgσ≤0.5%；

d) 分 壓 比：3000：1

e) 測量精度：有效值1.5級;

“ 串聯諧振 “高壓設備供應商而努力。 串聯諧振逆變器的基本原理圖如圖1所示。它包括直流電壓源，和由開關S1～S4組成的逆變橋及由R、L、C組成的串聯諧振負載。其中開關S1～S4可選用IGBT、SIT、MOSFET、SITH等具有自關斷能力的電力半導體器件。逆變器為單相全橋電路，其控制方法是同一橋臂的兩個開關管的驅動信號是互補的，斜對角的兩個開關是同時開通與關斷的。

編輯

串聯諧振逆變器的控制方法

調幅控制(PAM)方法

 35KV31500kVA變壓器耐壓測試儀調幅控制的方法并非一種，我們可以采用調節直流電壓源輸出(逆變器輸入)電壓Ud(可以用移相調壓電路的方法，也可以用斬波調壓電路加電感和電容組成的濾波電路，來實現調節輸出功率的目的。即逆變器的輸出功率通過輸入電壓調節，由鎖相環(PLL)完成電流和電壓之間的相位控制，以保證較大的功率因數輸出。這種方法的優點是控制簡單易行，缺點是電路結構復雜，體積較大。

脈沖頻率調制(PFM)方法

 脈沖頻率調制方法是通過改變逆變器的工作頻率，從而改變負載輸出阻抗以達到調節輸出功率的目的。

從串聯諧振負載的阻抗特性

編輯

 可知，串聯諧振負載的阻抗隨著逆變器的工作頻率(f)的變化而變化。對于一個恒定的輸出電壓，當工作頻率與負載諧振頻率偏差越大時，輸出阻抗就越高，因此輸出功率就越小，反之亦然。  

 脈沖頻率調制方法的主要缺點是工作頻率在功率調節過程中不斷變化，導致集膚深度也隨之而改變，在某些應用場合如表面淬火等，集膚深度的變化對熱處理效果會產生較大的影響，這在要求嚴格的應用場合中是不允許的。但是由于脈沖頻率調制方法實現起來非常簡單，故在以下情況中可以考慮使用它：

 1)如果負載對工作頻率范圍沒有嚴格限制，這時頻率必須跟蹤，但相位差可以存在而不處于諧振工作狀態。

 2)如果負載的Q值較高，或者功率調節范圍不是很大，則較小的頻率偏差就可以達到調功的要求。

脈沖密度調制(PDM)方法

 脈沖密度調制方法就是通過控制脈沖密度，實際上就是控制向負載饋送能量的時間來控制輸出功率。其控制原理如圖2所示。

編輯

 這種控制方法的基本思路是：假設總共有N個調功單位，在其中M個調功單位里逆變器向負載輸出功率;而剩下的N-M個單位內逆變器停止工作，負載能量以自然振蕩形式逐漸衰減。輸出的脈沖密度為M/N，這樣輸出功率就跟脈沖密度聯系起來了。因此通過改變脈沖密度就可改變輸出功率。

 脈沖密度調制方法的主要優點是：輸出頻率基本不變，開關損耗相對較小，易于實現數字化控制，比較適合于開環工作場合。

 脈沖密度調制方法的主要缺點是：逆變器輸出功率的頻率不完全等于負載的自然諧振頻率，在需要功率閉環的場合中，工作穩定性較差。由于每次從自然衰減振蕩狀態恢復到輸出功率狀態時要重新鎖定工作頻率，這時系統可能會失控。因此在功率閉環或者溫度閉環的場合，工作的穩定性不好。其另一個缺點就是功率調節特性不理想，呈有級調功方式。

諧振脈沖寬度調制(PWM)方法

 在圖3中，諧振脈沖寬度調制是通過改變兩對開關管的驅動信號之間的相位差來改變輸出電壓值以達到調節功率的目的。即在控制電路中使原來同相的兩個橋臂開關(S1，S2)、(S3，S4)的驅動信號之間錯開一個相位角，使得輸出的正負交替電壓之間插入一個零電壓值，這樣只要改變相位角就可以改變輸出電壓的有效值，最終達到調節輸出功率的目的。

編輯

 這種控制方法的優點是電源始終工作在諧振狀態，功率因數高。但存在反并聯二極管的反向恢復問題、小負載問題、軟開關實現問題。  

脈寬加頻率調制方法

 針對上述控制方法的優缺點，一些復合型控制方法的研究日益引起重視，脈寬加頻率調制方法就是一種較好的控制方法。

在一般的逆變器中，常用的移相PWM方法的工作頻率是固定的，不需考慮負載在不同工作頻率下的特性。而在串聯諧振感應加熱電源中使用移相PWM方法時，則要求其工作頻率必須始終跟蹤負載的諧振頻率，通常使某一橋臂的驅動脈沖信號與輸出電流的相位保持一致，而另外一個橋臂的驅動脈沖信號與輸出電流的相位則可以調節。圖4和圖5中，S1和S4驅動信號互補，S2和S3驅動脈沖信號互補，S1驅動信號相位與負載電流的相位保持相同，而S3的驅動脈沖與S1的驅動脈沖信號之間的相位差β在0°～180°范圍內可調，調節β就可以調節輸出電壓的占空比，即調節輸出功率。

編輯

編輯

 根據輸出電壓和輸出電流的不同相位關系，有2種PWM調節方式：升頻式PWM和降頻式PWM。

升頻式

 在圖4中，為保證滯后臂(S1，S4)觸發信號前沿同電流信號同相，角頻率須根據移相角β的大小改變。即在通過調節移相角β調節功率的同時改變頻率f。在β調節過程中，在增大輸出脈沖寬度的同時，將引起輸出電壓相對于輸出電流的相位不斷減小并滯后于輸出電流，這說明輸出頻率也在不斷升高，因此稱這種調制方式為升頻式PWM。這時S1、S4管各導通180°，已經實現ZCS。超前臂S2，S3在大電流下開通，D2，D3在大電流下關斷因而有反向恢服。通過在S2、S3臂上串聯電感也可實現ZCS。，這種方法適用于有關斷尾部電流、關斷損耗占主導的雙極型器件，如IGBT，SIT，MCT等。同時應注意電路布局減小分布電感，以減小二極管反向恢復帶來的電壓尖峰。角頻率為

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降頻式

 在圖5中，調節β在增大輸出脈沖寬度的同時，將引起輸出電壓相對于輸出電流的相位不斷減小，使相位差減小，這說明輸出頻率在不斷降低，因此稱這種方式為降頻式PWM。  

 在這種方式下，二極管D2，D3均自然過零關斷，D1，D4不導通，沒有二極管反向恢復所帶來的問題。S1、S4在零電流下開關(ZCS)，S2、S3在大電流下關斷。通過在S2、S3上并聯電容即可實現ZVS。這種方法適和高頻電源和內建反并聯二極管反向恢復問題比較嚴重的器件，如MOSFET等。可避免二極管反向恢復所帶來的電流尖峰和器件的損耗增加。

 為保證超前臂觸發信號前沿同電流信號同相，角頻率為

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 由以上分析可知，中試控股無論是升頻式PWM，還是降頻式PWM，兩者有一個共同的特點，即在調節輸出電壓脈寬的同時，也改變了負載的工作頻率。故稱之為脈寬加頻率調制方法。

結語

 此篇中試控股文章主要對脈寬以及頻率的調制進行詳細的分析，并且給出了一些常用的串聯諧振單相全橋逆變器功率和頻率的控制方式。這使得工程師們能夠以負載為基準來選擇在不同場合適用的控制方法。